Исследование условий передачи электрической энергии от активного двухполюсника к нагрузке

Целью работы является экспериментальное исследование условий передачи электрической энергии от активного двух­полюсника к пассивному двухполюснику (нагрузке) и усло­вий замены активного двухполюсника эквивалентным гене­ратором, а также проверка режима согласовании нагрузки с генератором и определение коэффициента полезного действия (к. п. д.) активного двухполюсника.

Основные теоретические положения

Активным двухполюсником называется такой двухполюс­ник, который содержит не скомпенсированные источники электрической энергии. Пассивный двухполюсник — двухпо­люсник, не содержащий источников энергии или содержащий скомпенсированные источники энергии так, что напряжение на разомкнутых его зажимах равно нулю.

В исследуемой электрической цепи (рис. 4.1) мощность на­грузки Рн равна разности сумм мощностей, источников и сумм мощностей потерь во всех ветвях активного двухпо­люсника :

К. п. д. активного двухполюсника равен отношению мощ­ности нагрузки к сумме мощностей источников:

.

 

Замена активного двухполюсника эквивалентным генера­тором позволяет упростить расчеты режимов работы нагруз­ки. Э. д. с. эквивалентного генератора Еэ (рис. 4.2) равна на­пряжению на разомкнутых зажимах активного двухполюсни­ка в режиме холостого хода Uавx.х. (см. рис. 4.1)

.

Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора R_0Э (см. рис. 4.2) равно входному сопротивлению пассивного двухполюсника, который получается из активного двухполюс­ника (см. рис. 4.1) после исключения из него всех источни­ков энергии. Внутренние сопротивления источников энергии должны быть при этом оставлены на своих местах:

Значения напряжения U_abxx и сопротивления R_вхab можно определить экспериментальным путем по режимам хо­лостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.з.) активного двухполюсника (см. рис. 4.1). Напряжение измеряется при размыкании (режиме х.х.) ветви нагрузки (R_н = ∞). При полностью выведенном сопротивлении нагрузки (режим к. з, R_н = 0) измеряется ток короткого замыкания в ветви на­грузки I_кз. Входное сопротивление равно отношению этих двух величин:

В получившейся эквивалентной схеме (см. рис. 4.2) ток в нагрузке:

мощность нагрузки:

мощность, развиваемая источником (эквивалентным генера­тором):

.

К. п. д. эквивалентного генератора равен:

Выбор сопротивления нагрузки равного внутреннему сопротивлению генератора называется согласованием нагрузки и генератора. В режиме согласования мощность нагрузки имеет максимальное значение:

но к. п. д. передачи энергии составляет при этом только .

Исследуемая электрическая цепь

Принципиальная схема исследуемой электрической цепи приведена на рис. 4.1. Схема цепи с эквивалентным генератором приведена на рис. 4.2.

На схемах указаны рекомендуемые параметры элементов схемы и пределы измерения измерительных приборов.

Указания:

1. При проведении серии измерений не следует изменять пределы измерительных приборов.

2. Значения параметров источника э. д. с. Е₂ и сопротивления R₀₃ указываются преподавателем для каждой бригады индивидуально.

Рис. 4.1.

Рис. 4.2.

Подготовка к работе

Для цепи с эквивалентным генератором (см. рис. 4.2) по­строить качественно графики U_ab, I_Н, P_Н, P_ист, η в зависи­мости от величины сопротивления нагрузки R_Н и указать на этих графиках характерные точки и предельные режимы.

Порядок выполнения работы

I. Измерить значения э. д. с. источников энергии Е₁, Е₂ и Е₃, пользуясь схемами рис. 2.2. Ре­зультаты измерений занести в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Из опыта	По расчету
Е1	Е2	Е3	R01	R02	R03	Rвхab
В	Ом

 

2. Собрать исследуемую электрическую цепь по схеме рис. 4.1. Исследовать зависимости напряжений и токов в це­пи от сопротивления нагрузки R_Н. Выполнить не менее десяти опытов, включая опыты холостого хода (х.х.) и короткого за­мыкания (к.з.) нагрузки. Результаты измерений занести в табл. 4.2.

 

Таблица 4.2

№ опыта	Из опыта	По расчету
Uab	U12	I1	I2	IН	RН	RН/Rвхab	ΣPист	PН	η
В	мА	Ом	-	мВт	-
1(х.х.)
2 (к.з.)
…

 

3. По результатам опытов холостого хода и короткого за­мыкания (табл. 4.2) определить параметры эквивалентного генератора Е_Э, R_0Э, и занести их в табл. 4.3. Установить эти величины на стенде и собрать цепь по схеме рис. 4.2.

Исследовать зависимость тока в цепи и напряжения U_ab (см. рис. 4.2) от сопротивления нагрузки R_Н. Выполнить не менее десяти опытов, включая опыты холостого хода (х.х.) и короткого за­мыкания (к.з.). Результаты измерений зане­сти в табл. 4.3.

 

 

Таблица 4.3

№ опыта	Из опыта	По расчету
Uab	IН	RН	RН/R0Э	ΣPист	PН	η
В	мА	Ом	-	мВт	-
1(х.х.)
2(к.з.)
…

 

Обработка полученных результатов, содержание отчета

1. На основании опытных данных (см. табл. 4.2) выпол­нить расчеты сопротивлений реального активного двухполюс­ника R_{0 1}, R₀₂, R₀₃. По расчетным значениям этих сопротивлений определить входное сопротивление активного двухпо­люсника R_вхab. Результаты занести в табл. 4.1. Сравнить полученное значение R_вхab с величиной входного сопротивления, полученной по результатам опытов с использованием формулы (см. табл. 4.2).

2. На основании опытных данных выполнить необходимые расчеты и заполнить табл. 4.2 и 4.3.

3. Используя опытные и расчетные результаты, построить графики:

а) в одних осях координат Uab, P_ист (ΣP_ист), P_Н, η в зависимости от тока нагрузки по данным табл. 4.2; на полученные графики нанести значения соответствующих вели­чин из табл. 4.3;

б) в одних осях координат U_ab, I_Н, P_Н, η в зависимости от относительного сопротивления R_Н/R_0Э (R_Н/R_вхab) по дан­ным табл. 4.2. На полученные графики нанести значения соответствующих величин из табл. 4.3.

4. Проанализировать полученные в работе результаты и сопоставить их с теоретическими положениями.

5. Оформить отчет и сделать краткие выводы по работе.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Атабеков Г. И. ТОЭ, ч. I; M., 1Э78, с. 91-93, 180-185

2.Зевеке Г. В. и др. Основы, теории цепей. М., 1975, с. 95-106.

3.Бессонов Л. А. ТОЭ. М., 1978, с. 36-40.

 

 

Оглавление

 

Предисловие…………………………………………….3

Общий раздел…………………………………………...4

Правила и рекомендации по выполнению

лабораторных работ.

Оборудование лаборатории. Общие положения……..4

Основное оборудование и электроизмерительные

приборы лаборатории………………………………....11

Работа № 1. Исследование простейших цепей

постоянного тока………………………………………31

Работа № 2. Законы Кирхгофа и

потенциальная диаграмма. Баланс мощностей……...37

Работа № 3. Экспериментальная проверка

некоторых методов расчета линейных

электрических цепей…………………………………..43

Работа № 4. Исследование условий

передачи электрической энергии от

активного двухполюсника к нагрузке………………. 59

 

Учебно-методическое издание

 

Чавчанидзе Григорий Джемалович, Волынцев Валерий Вячеславович, Симаков Александр Васильевич, Кручинин Евгений Владимирович.